Статья: Гидродинамический метод расчетов водозаборных сооружений

3) Конструкция и схема водозабора - очевидно, что следует стремиться к наиболее дешевому варианту водозахватного сооружения (минимальное количество скважин, минимальная их глубина, компактное взаиморасположение). Несомненно, что нужно использовать вертикальные скважины, причем достаточна их глубина порядка 30-35 м (учитывая данные расходометрических испытаний в интервале известняков).

Схема водозабора (количество и взаиморасположение скважин) - определяется путем решения нескольких вариантов гидрогеодинамического расчета. Для этого предварительно необходимо обосновать расчетную фильтрационную схему, используя хотя бы тот минимум данных, которые получены в ходе практики.

а) ожидаемый режим фильтрации во времени при работе водозабора - судя по опытным данным, при снижении уровней в водоносном горизонте известняков достаточно быстро развивается перетекание из аллювия и затем - приток из реки в аллювий, что создает стационарную балансово-гидродинамическую ситуацию, которую можно прогнозировать на неограниченно долгое время. Подтвердим это расчетом возможного времени стабилизации в условиях перетекания, приняв (по данным интерпретации кустовой откачки из скв.1) фактор перетекания = 390 м и пьезопроводность субнапорного водоносного горизонта в известняках = 3×10⁶ кв.м/сут:

сут.

Полученная оценка (около 6 часов) близко совпадает с фактически наблюдающимся временем стабилизации при проведении учебных опытных откачек.

б) пространственная структура течения при работе водозабора - в целом, трехмерная: плоско-плановое течение в пласте известняков и в аллювии и вертикальный приток из аллювия через слабопроницаемый глинистый слой. Однако, чтобы не усложнять расчет, можно задавать приток из аллювия с помощью площадного граничного условия 3 рода на кровле пласта известняков; тогда можно рассматривать только двумерное плоско-плановое течение в известняках.

в) распределение параметров по площади - таких сведений у нас практически нет, поэтому вынужденно считаем область однородной по всем параметрам. Поскольку расчет будет выполняться для стационарного режима, то единственным необходимым параметром является проводимость пласта известняков = 800 кв.м/сут.

г) граничные условия (тоже не очень уверенно, так как имеем данные только по одной точке опробования):

- в плане водоносная система неограниченная (во всяком случае, для относительно небольшой области влияния откачки);

- снизу (в подошве): непроницаемая граница по подстилающим глинам (? );

- сверху (в кровле): площадное условие 3-го рода по подошве слабопроницаемого слоя между аллювием и известняками, фактор перетекания порядка 390 м; уровень в аллювии при откачке снижался незначительно и в локальной области, поэтому можно принять .

д) скважины водозабора - совершенные, так как вскрывают основную проводящую зону в разрезе пласта известняков; диаметр фильтровой части водозаборных скважин можно принять = 400 мм (= 0.2 м ).

Для расчета водозабора используем аналитическое решение из теории скважин, соответствующее принятой расчетной схеме - неограниченный в плане пласт, с площадным перетеканием при постоянном уровне в смежном горизонте, при стационарном режиме фильтрации:

,

(эта формула действует при , но с некоторой погрешностью ее можно использовать и в более широком диапазоне радиальных координат).

Сколько нужно скважин? Для этого сначала нужно определить максимально возможную производительность одиночной скважины (т.е. без влияния других скважин водозабора):

Что такое ? Это максимально допустимое (по гидрогеодинамическим и техническим соображениям) понижение в водозаборной скважине. При его оценке следует учитывать:

- с технической стороны: высота подъема воды для современных погружных насосов - до 100 м (можно и глубже, но дорого!),

- с гидрогеодинамической точки зрения: нежелательно понижать уровень в пласт известняков, так как будет резко уменьшаться его проводимость (основные проводящие зоны, по данным расходометрии, расположены именно в верхней части пласта).

Наиболее простое решение - принять допустимое понижение до кровли известняков, т.е. округленно 6 м.

Тогда 3.16×10⁴ куб.м/сут; 7.69.

Максимально возможный дебит одиночной скважины составит ≈ 4 тыс. куб.м/сут. Следовательно, сколько скважин нужно для получения заявленной потребности? Казалось бы, две равнодебитных. Но на каком расстоянии их расположить?

Выведем расчетную формулу для понижения в любой из этих двух скважин (понятно, что в неограниченной однородной области понижения в них будут одинаковыми, поскольку равны дебиты ). По принципу сложения решений:

_,

где - полное понижение в скв.1, - "собственное" понижение в скв.1, - понижение в скв.1 от действия скв.2.

Соответственно:

откуда можно оценить дебит, с которым может работать каждая скважина при допустимом понижении: